Tìm kiếm bất đối xứng vật chất và phản vật chất mới

Một khi đã là một hạt vật chất thì luôn luôn là hạt vật chất. Hoặc không. Nhờ có vật lý lượng tử, bốn hạt đã biết tạo thành hai quark khác nhau – như hạt meson D trung hòa về điện tích được tạo thành từ một quark duyên và một phản quark lên – có thể dao động một cách tự phát thành các phản vật chất đối xứng của nó và ngược lại.

Máy dò LHCb trong năm 2018. Nguồn: CERN

Tại một seminar diễn ra vào ngày 26/3/2024 tại CERN, nhóm hợp tác LHCb tại cỗ máy gia tốc hạt lớn LHC đã trình bày các kết quả về cuộc tìm kiếm phi đối xứng vật chất – phản vật chất mới nhất trong dao động của hạt meson D trung hòa, điều mà nếu được phát hiện ra có thể giúp rọi ánh sáng vào bí ẩn bất cân bằng vật chất – phản vật chất trong vũ trụ của chúng ta 1.

Lực yếu trong Mô hình chuẩn của vật lý hạt làm gợi ra một bất đối xứng giữa vật chất – phản vật chất mà chúng ta vẫn gọi là vi phạm tính đối xứng CP (CP violation), trong các hạt chứa quark. Tuy nhiên, các nguồn của vi phạm tính đối xứng CP lại vô cùng khó để nghiên cứu và không đủ để giải thích về sự bất cân bằng vật chất – phản vật chất trong vũ trụ này. Điều này khiến cho các nhà vật lý phải vừa tìm kiếm những nguồn mới và vừa phải nghiên cứu về những hạt đã biết sâu hơn trước đây.

Trong nỗ lực mới của mình, các nhà nghiên cứu LHCb đã xắn tay áo lên đo đạc một bộ tham số với độ chính xác chưa từng biết đến trước đây để xác định dao động vật chất – phản vật chất của D meson trung hòa và có thể tìm kiếm được vi phạm tính đối xứng CP chưa từng quan sát được nhưng đã được dự đoán là có trong dao động đó.

Nhóm hợp tác đã từng đo đạc một bộ tham số tương tự liên quan đến sự phân rã của D meson trung hòa thành một kaon tích điện dương và một pion tích điện âm, sử dụng đầy đủ bộ dữ liệu thu được từ đợt vận hành Run 1 trên LHC và một phần dữ liệu thu được từ Run 2.

Trong thời gian đó, nhóm nghiên cứu đã phân tích toàn bộ dữ liệu Run-2 và bằng việc kết hợp kết quả này với những phân tích trước đó của mình, đã trích xuất phần cần thiết trong dữ liệu Run-2, chứa đựng những phép đo đạc chính xác nhất cho đến nay – sự bất định trong toàn bộ phép đo đạc nhỏ hơn 1,6 lần so với bất định nhỏ nhất có được từ trước đến nay của LHCb.

Các kết quả đều phù hợp với những nghiên cứu trước đây, nó khác nhận dao động vật chất – phản vật chất của D meson trung hòa và chứng tỏ không có bằng chứng về vi phạm tính đối xứng CP trong dao động này. Những phát hiện kêu gọi những phân tích trong tương lai về phân rã này và những phân rã khác của D meson trung hòa qua việc sử dụng dữ liệu từ Run 3 của LHC và sự nâng cấp đã được lên kế hoạch của nó, High-Luminosity LHC.

Các phân rã D meson được quan tâm khác bao gồm phân rã thành một cặp gồm hai kaon hoặc hai pion mà các nhà nghiên cứu LHCb quan sát được vi phạm tính đối xứng CP trong những hạt chứa các quark duyên, và phân rã thành một kaon trung hòa và một cặp pion, nhờ đó LHC đã đo được tốc độ dao động của bất cân bằng vật chất – phản vật chất. Không nên bỏ qua kết quả nào trong nghiên cứu về manh mối giữa sự bất cân bằng vật chất – phản vật chất có trong vũ trụ và những bí ẩn vũ trụ khác.

Thanh Hương tổng hợp

Nguồn: https://phys.org/news/2024-04-asymmetry-antimatter.html

https://home.cern/news/news/physics/searching-new-asymmetry-between-matter-and-antimatter

————————————

1.https://indico.cern.ch/event/1355805/attachments/2826902/4938616/D0WS_mixing&CPV_Ribatti.pdf

2https://home.cern/science/accelerators/high-luminosity-lhc

Tác giả